ingenieria industrial

1. Capítulo 4
Cómo lo hace
la ingeniería.
4
El método
ingenieril
El método ingenieril es una actividad de toma de decisiones para desarrollar materiales,
productos y procesos.
4.1 Introducción
4.2 Definición del método
ingenieril
4.3 Los pasos del método
ingenieril
En el capítulo anterior se estableció que el ingeniero soluciona problemas para beneficio de la
humanidad. Sin embargo, a diferencia del científico el ingeniero no es libre para seleccionar el 4.4 Partir de una necesidad.
problema que le interesa, debe resolver los problemas como resulten y su solución debe Definir ampliamente el
satisfacer requerimientos que muchas veces están en conflicto. Generalmente la eficiencia problema
cuesta dinero; la seguridad aumenta la complejidad; la mejora del rendimiento incrementa el
peso. La solución ingenieril es la solución óptima, el resultado final, que teniendo en cuenta 4.5 Determinar las especificaciones
todos los factores es la más deseable. Puede ser la más confiable dentro de un límite de peso
permisible, la más simple que satisfaga ciertos requerimientos, o la más eficiente para un costo 4.6 Hacer un estudio de
dado. Además, en muchos problemas de ingeniería el costo social es significativo [1]. factibilidad
Sabemos del avance que significó la incorporación de la ciencia a la ingeniería en el siglo XVIII, 4.7 Realizar una búsqueda de
lo cual llevó al desarrollo del método ingenieril para resolver los problemas y que, aunque tiene información
una relación con el método científico, difiere de él. El llamado método científico, en general,
parte de la proposición de hipótesis, las cuales se comprueban mediante observación, experi- 4.8 Desarrollar conceptos
mentación y otros procesos, seguida por análisis de resultados y la formulación de teorías o alternativos de diseño
leyes. Por su lado el método ingenieril se fundamenta en el aprendizaje y el pensamiento
creativo y se basa en la detección de necesidades, diseño de productos, implantación del 4.9 Seleccionar el diseño más
diseño y evaluación de resultados; considerando una definición amplia de los conceptos promisorio
diseño y producto que puede incluir por ejemplo «diseño de la planeación estratégica» o de
«la política de talento humano.» 4.10 Implementar un modelo
matemático o físico
Este capítulo se centra en la explicación de cómo hace las cosas la ingeniería, es decir en
establecer qué es el método ingenieril. 4.11 Determinar la relación entre
las dimensiones y los
materiales del producto
4.12 Optimizar el diseño
Introducción a la Ingeniería
99

2. 4.13 Evaluar el diseño optimizado
4.2 Definición del método ingenieril
4.14 Comunicar las decisiones de
diseño al personal de producción
De una manera muy general el método ingenieril es una actividad de toma de deci-
4.15 Controlar la producción siones –contra las limitaciones físicas, económicas, sociales y políticas– para desa-
rrollar materiales, productos o procesos que satisfagan una necesidad. Evidente-
4.16 Intervenir en las ventas y el mente el método ingenieril es muy diferente del trabajo científico. La motivación
servicio básica tras esta última actividad es la curiosidad intelectual del científico, mientras
que el ingeniero trabaja impulsado por la identificación de una necesidad. El cientí-
4.17 Analizar las fallas y fico se desenvuelve en un ambiente en el cual el tiempo y el dinero no son conside-
retroalimentar el proceso de raciones primarias, mientras que la actividad del ingeniero está constreñida por
diseño muchos factores, incluyendo el tiempo, el dinero y otros recursos. El científico
busca el reconocimiento y validación de sus pares, en tanto que el resultado del
4.18 El equipo tecnológico: el método ingenieril está siempre sometido a una aceptación dispersa por una parte
ingeniero, el científico y el relevante de la sociedad.
técnico
Hay otras diferencias entre los problemas científicos e ingenieriles, lo más difícil de
4.19 La interdisciplinariedad estos últimos es que son abiertos y mal estructurados. Al contrario de los proble-
mas científicos, hay muchas soluciones posibles, e incluso aceptables, para aque-
4.20 La complejidad llos. Aunque ninguna de esas soluciones se puede decir que sea correcta desde el
punto de vista científico estricto sólo una de las posibles se constituye en la mejor
4.21 La ingeniería concurrente solución. Más aún, los problemas de ingeniería normalmente no se pueden resolver
aplicando rutinariamente las ecuaciones matemáticas de una manera estructurada.
4.22 Conclusión En vez de ello, el método ingenieril es de naturaleza iterativa, o sea que la única
manera de lograr un diseño mejorado es mediante la iteración. Este proceso requiere
Referencias la adquisición de una amplia base de datos, y la solución se construye sobre varias
decisiones que deben tomarse en varios niveles (naturaleza acumulativa del diseño)
[2].
Más aún, una solución técnica puede que no sea suficiente. Cuestiones como el
costo, la seguridad, la estética, las preferencias del mercado, las normas y códigos
no pueden ignorarse y pueden llegar a ser factores determinantes. Y, como ya se
anotó, las soluciones ingenieriles siempre están sometidas a constricciones físicas,
económicas, sociales y políticas.
Desde otro punto de vista, el método ingenieril se define como una estrategia para
producir el mejor cambio, con los recursos disponibles, en una situación
deficientemente entendida o incierta.
Este enfoque heurístico, propuesto por muchos autores, ha sido ampliamente pre-
conizado por Koen, quien afirma que el método ingenieril consiste en el uso de
heurismos para producir el mejor cambio, con los recursos disponibles, en una
situación deficientemente entendida. Es decir, que el método ingenieril es el uso de
heurismos de ingeniería [3].
“Un heurismo es cualquier noción que proporcione una ayuda o dirección plausible
en la solución del problema, pero que en el análisis final es injustificada, sin posibi-
lidad de justificación, y falible. Es una guía para descubrir y revelar.”
Se indica que no es difícil hallar ejemplos de heurismos, que varían desde la decisión
de oído, o a ojo, hasta las nociones más complejas sobre cómo debe resolverse un
problema. Koen ha dado varios ejemplos de heurismos ingenieriles que son particu-
larmente relevantes y se pueden usar inclusive para enseñar el método ingenieril:
Haga pequeños cambios en el estado del arte.
100 Fortalezca el eslabón más débil.

3. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
Use la retroalimentación en el diseño
Distribuya los recursos mientras el costo de no saber sea mayor que el costo
de hallar.
En la definición de Koen, la heurística sugiere cómo debe el ingeniero distribuir los
recursos, minimizar los riesgos y diseñar un producto. Más aún, la heurística asume
la responsabilidad de que la experiencia ingenieril no se pase por alto cuando se
generalizan herramientas para solucionar un problema. Se dice que la heurística
proporciona medios para hacer chequeos cruzados y puede servir para evaluar
resultados obtenidos con aproximaciones más complejas, como las que se logran
con el uso del computador.
Así pues el método ingenieril pretende construir un modelo con leyes parciales
aplicables a la situación específica que se enfrenta.
4.3 Los pasos del método ingenieril
Para recordar los pasos del método simplificado de la ingeniería se recomienda
tener presentes las siglas DAMES (DAMAS en Inglés) que significan:
D = Definir el problema
A = Analizar
M = Meditar
E = Evaluar alternativas
S = Señalar la solución
Desglosando este método de una manera más amplia, un ingeniero usa el siguiente
esquema de trabajo:
a. Parte de una necesidad e identifica el problema
b. Determina especificaciones
c. Hace un estudio de factibilidad
d. Realiza una búsqueda de información
e. Desarrolla conceptos alternos de diseño
f. Selecciona el diseño más promisorio
g. Implementa un modelo matemático o físico
h. Determina la relación entre las dimensiones y los materiales del producto
i. Optimiza el diseño
j. Evalúa el diseño optimizado, mediante análisis minuciosos del modelo matemático
o por ensayo de los modelos físicos
k. Comunica las decisiones de diseño al personal de producción
l. Controla la producción
m. Interviene en las ventas y el servicio
n. Analiza las fallas y retroalimenta el diseño y la fabricación
Hagamos una breve revisión de lo que cada uno de estos conceptos significan [4].
4.4 Partir de una necesidad. Definir ampliamente
el problema
Esto implica decidir entre múltiples soluciones posibles la que consideramos más
Introducción a la Ingeniería
101

4. apropiada, después de realizar una amplia definición de lo que intentamos solucio-
nar, esto incluye el recabar el mayor número de datos posibles. Es común el error de
no poner suficiente atención a la recopilación de datos, lo que lleva a adoptar
soluciones incorrectas.
Para apreciar mejor la solución ingenieril hay que entender primero lo que es el
problema, pues sin clarificar esta noción es imposible intentar su resolución. De
acuerdo con Krick “un problema proviene del deseo de lograr la transformación de
un estado de cosas en otro. Tales estados podrían ser dos lugares cuya distancia
que los separa habría que recorrer. El problema puede ser el ir de una ribera de un río
a la opuesta, de una ciudad a otra, de un planeta a otro. Otros problemas compren-
den la transformación de una forma o condición en otra, por ejemplo, la de un pan
común en tostado. En todo problema hay un estado inicial de cosas; llamémoslo
«estado A». Asimismo, hay otro estado que quien trata de resolver el problema
busca cómo alcanzar; designémoslo «estado B» [5]. Obsérvese que lo anterior
ocurre en el caso de problemas personales, de comunicación, de negocios y, de
hecho, en todos los problemas.
Además, un problema involucra algo más que hallar una solución; requiere una
forma preferible de lograr la transformación deseada; por ejemplo, el medio de trans-
porte que sea el mejor con respecto al costo, rapidez, seguridad, comodidad y
confiabilidad. Una norma de preferencia para seleccionar de entre varias soluciones
se llama criterio.
Un problema es la expresión del deseo de pasar de una situación a otra. La solución
es el medio para lograr ese paso.
102

5. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
4.5 Determinar las especificaciones
Esto significa, ampliar más los detalles, o sea, hacer consideraciones como las
siguientes:
¿Cuáles son las necesidades de los usuarios?
¿Qué debería ser la solución?
¿Cuáles son los límites del problema (denominados también imposiciones y
restricciones)?
¿Cuáles son las características de la población que usará el producto?
Como se ve, una parte importante en la definición del problema es determinar las
especificaciones que debe cumplir el producto final, sea este un aparato, una cons-
trucción, un proceso o un sistema. Es decir, hay que identificar, hasta donde sea
posible, las restricciones. Esto porque es difícil imaginar un problema en que no
haya restricciones a las soluciones. Una restricción es una constricción que debe
cumplir una solución. Ejemplos: el carro que quiere no puede costar más cierta
cantidad; ciertas características de las estructuras de edificios están especificadas
por los reglamentos de construcción; luz, agua y nutrientes deben proporcionarse
a una semilla para que se transforme en planta.
Así, todo análisis de un problema en ingeniería consiste en poder identificar dos
estados A y B y la transformación que lleva del estado A al B. La solución general-
mente es un diseño de esta transformación (T) dados algunos recursos disponi-
bles. Un problema puede ser cruzar un río, donde el estado A es estar en una orilla
y el B es estar en la otra y la Transformación T es el cruzar el río. Actualmente el
cruce se hace mediante un vado el cual cambia todos los años y eso produce que
muchos vehículos se hundan, se echen a perder, etc. Entonces la solución al pro-
blema es un diseño de esta transformación (el cruce del río) según las característi-
cas propias que tiene el problema (morfología del río y las orillas, flujo vehicular,
recursos y tecnología disponible, ingenio, etc.) y para ello es necesario definir estas
características lo más precisamente posible. Además, se debe considerar cuáles de
Ejemplo grafico del cruce de un río
estas características corresponden a los criterios y cuáles a las restricciones, en ese
sentido un criterio podría ser el que se privilegiarán las alternativas de solución que
tengan el menor valor y una restricción puede ser que se tiene un presupuesto de
$XXX para la solución, por ejemplo.
Una solución es un medio de lograr la transformación deseada. Un problema para el
que haya sólo una solución posible es ciertamente raro; en la mayor parte de los
problemas hay muchas soluciones posibles, muchas más de las que haya tiempo de
investigar. Piénsese en los numerosos modos de viajar y en todas las posibles rutas
con las que pueden combinarse para obtener medios alternativos para ir de un
punto a otro de la Tierra.
Un tipo especial de restricciones son las especificaciones fijadas por las normas y
códigos, por el mercado, por las características de los materiales o por la decisión de
los clientes.
Introducción a la Ingeniería
103

6. 4.6 Hacer un estudio de factibilidad
De acuerdo con la magnitud el problema y las soluciones que el ingeniero esté
tratando, puede ser aconsejable hacer un estudio de factibilidad. Un estudio de
factibilidad es el proceso de definir exactamente qué es el proyecto y qué temas
estratégicos deben considerarse para determinar su factibilidad, o posibilidad de
éxito. Es un análisis preliminar de los requerimientos. Es la diligencia que todo
ingeniero o empresa debe hacer antes de empezar cualquier proyecto, pues el estu-
dio debe ser capaz de indicar si se continúa o no, o se cambian los requerimientos a
unos más reales.
En cierto sentido un estudio de factibilidad es un corto análisis formal del problema
y su objetivo es dar al ingeniero una clara evaluación de las posibilidades técnicas,
económicas, sociales y políticas de la solución. Puede incluir estudios de documen-
tos, búsquedas de información y simulaciones.
Inicialmente el estudio debe responder a preguntas como:
¿Es factible técnicamente? (funcionará?)
¿Cómo funcionará?
¿Se podría hacer con los recursos existentes?
¿Qué impacto tendrá sobre quien presenta la solución y sobre quien la recibe?
¿Cuál será la inversión y qué tan largo se tomará el retorno de la inversión?
Hay varios niveles de estudios de factibilidad, de acuerdo con el alcance y la mag-
nitud del problema, los cuales determinan el tiempo y el dinero invertidos en este
paso.
En algunos casos el estudio de factibilidad se convierte en un proyecto en sí, y
puede incluir estudios de mercado y de impacto e información más detallada como:
Clarificación del problema
¿Cuál es el paso fundamental que se mejorará?
¿Quiénes serán los usuarios y su papel?
¿Cuáles son los requerimientos más importantes de la solución?
¿Cuáles partes del problema serán las más riesgosas para manejar?
¿Qué modificaciones futuras se pueden esperar racionalmente?
¿Qué soluciones existen en el mercado o quién podría suministrar otras?
En los casos complejos hay personas y organizaciones especializadas en realizar
completos estudios de factibilidad que pueden costar muchos millones de pesos
[6].
4.7 Realizar una búsqueda de información
En el estudio de factibilidad se realizan búsquedas de información, de todas mane-
ras aunque no se haga éste, es necesario buscar toda la información posible sobre
el problema y sus posibles soluciones.
104

7. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
Ya la definición del problema y la determinación de las especificaciones exigen la
búsqueda de información y, a su vez, deben establecer los principales interrogantes.
Estos pueden ser respondidos con los conocimientos y experiencias del mismo
ingeniero o de los miembros del equipo, pues muchas veces es posible que se
hayan solucionado problemas similares o existan soluciones disponibles en el mer-
cado en condiciones económicas favorables y bastaría con adoptarlas.
En otros caso hay que buscar la información, esto lo puede hacer el ingeniero
directamente o acudir a los profesionales de ella. En ambos casos se requiere tener
muy bien identificada la necesaria y de acuerdo con ello las posibles fuentes. Una
vez realizada la búsqueda y hallada hay que seleccionar la que realmente sea perti-
nente al problema entre manos y se debe archivar racionalmente para poderla utili-
zar en cualquier momento [7, 8].
Las principales fuentes de información son:
Los conocedores
Diccionarios y enciclopedias
Manuales y recetarios
Información técnica de los productores (catálogos y manuales)
Libros
Revistas
Tesis de grado
Patentes
Internet (buscadores, carteleras electrónicas, listas de interés, etc.)
Bases de datos especializadas
Las memorias y la asistencia a seminarios, congresos, encuentros y foros.
Los conocedores pueden ser los dueños, los operarios y los usuarios, una visita de
campo, entrevistas, fotografías, esquemas y descripciones del estado inicial de
cosas pueden dar la información suficiente para definir el problema exactamente.
Otras veces los conocedores son los especialistas en la materia y, si están accesi-
bles, una o varias entrevistas, con cuestionarios atinados, puede ser suficiente.
Los diccionarios y enciclopedias proporcionan información confiable pero limita-
da. Las tres limitaciones principales son: por lo común es muy resumida, es muy
general –a menos que sean enciclopedias especializadas– y no está actualizada.
Esto debe tenerse en cuenta y saber que estas fuentes sólo sirven como introduc-
ción para lograr una idea muy general del asunto.
Los manuales y recetarios cumplen las mismas funciones que los anteriores y tie-
nen las mismas limitaciones, aunque por su naturaleza pueden suministrar una
información más específica que permite enrutar mejor la búsqueda.
No debe menospreciarse la información técnica que proporcionan los productores
de bienes y servicios, si se examina con cuidado es posible encontrar en ella bue-
nos datos.
La información que proporcionan los libros es mucho más amplia y detallada, por
ello han sido la fuente tradicional, sin embargo no es actualizada porque el proceso
de escritura y traducción de un libro se toma varios años, lapso que puede ser
significativo dada la velocidad con que cambia la tecnología.
Introducción a la Ingeniería
105

8. Las revistas y demás publicaciones periódicas son fundamentales, el conocimiento
está bastante actualizado, son muy específicas y el artículo mismo, las referencias y
direcciones de investigadores son fuentes valiosísimas para adquirir información.
Muchas revistas están en línea o son electrónicas y se pueden consultar con mayor
facilidad.
Las tesis de grado doctorales, y en menor grado las de maestría, son medios para
conseguir información. Hay entidades dedicadas a ubicar estos trabajos y no deben
pasarse por alto cuando se hace una búsqueda en profundidad.
La información que proporcionan las patentes es de alto valor, es posible que toda
ella no pueda utilizarse por cuestiones de derechos, pero en ellas se encuentran
indicaciones y datos que facilitan la definición de los problemas y sus soluciones.
Actualmente la primera fuente de información es la World Wide Web, WWW. En ella
se puede buscar si se conoce la dirección electrónica o mediante los motores de
búsqueda (Alltheweb, Google, Excite, Yahoo, Altavista, Lycos, Savvysearch,
Infoseek, Hotbot, etc.) en los cuales con una palabra o una frase se accede a miles
de páginas relacionadas con el tema. Acá la cuestión es seleccionar la información
pertinente entre la avalancha de datos que se obtienen, eso requiere entrenamiento
y criterio.
Las bases de datos especializados, sea en CD o en línea, son una fuente altamente
eficaz para lograr información de excelente calidad las buenas bibliotecas las po-
seen y deben ser consultadas, pues son actualizadas y específicas.
Por último, la asistencia a eventos donde se trate el tema en cuestión es valiosa
porque no solamente se tiene acceso a trabajos actualizados sino que se conoce a
especialistas y organizaciones relacionadas con el campo de trabajo.
Además del tipo de búsquedas que hemos mencionado a veces será necesario
hacer ensayos y simulaciones para obtener información de primera mano. Estos son
ya trabajos ingenieriles que deben estructurarse como tales [9].
4.8 Desarrollar conceptos alternativos de diseño
Es difícil encontrar una definición que cubra todas las características de lo que es el
diseño, en sentido amplio, y que sea adecuada para todas las profesiones. Un
ingeniero químico, un ingeniero mecánico, un ingeniero electrónico, un arquitecto o
un diseñador gráfico tienen diferentes conceptos del diseño en su propio campo de
interés. Aunque las definiciones verbales con diferentes, es posible encontrar con-
ceptos y propiedades comunes en ellas, a continuación se dan algunas definiciones
interesantes con sus palabras clave entre paréntesis.
Hallar las componentes físicas correctas de una estructura física (hallar, física).
Una actividad cuyo objetivo es solucionar un problema (objetivo, actividad
de solución).
Toma de decisiones frente a la incertidumbre con grandes penas para el error
(decisiones, incertidumbre, penas).
Simular lo que queremos hacer antes de hacerlo, tantas veces como sea
necesario para tener confianza en el resultado final (simular, confianza).
106

9. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
El factor condicionante para aquellas partes del producto que estarán en
contacto con la gente (contacto con la gente).
Relacionar el producto con la situación para dar una satisfacción (producto,
satisfacción).
Llevar a cabo un acto de fe muy complicado (acto de fe).
La solución óptima a la suma de necesidades verdaderas de un particular
conjunto de circunstancias (necesidades verdaderas).
El salto imaginativo de los hechos presentes a las posibilidades futuras
(salto imaginativo, hechos presentes, posibilidad futura).
Un actividad creativa que trae a la existencia algo nuevo y útil que no existía
previamente (actividad creativa, útil que no existía).
La creación de un resultado final que satisface una necesidad humana
mediante una acción definida (creación, resultado que satisface necesidad
humana, acción) [10, 11, 12, 13].
Cada una de esas definiciones es literalmente cierta, y se puede aplicar a algún caso
de diseño, pero éste se entendería mejor si se consideran todas en un caso particu-
lar. Entre las muchas características del diseño, la satisfacción de una necesidad es
el primer ítem que debe considerarse en una definición conceptual. La necesidad es
normalmente una expectativa humana, sin embargo la naturaleza y la sociedad son
diferentes después de que se completa el diseño. Se mantiene un balance crítico
entre la naturaleza, la sociedad y la tecnología, pero en general gana la tecnología.
La figura 4.1 ilustra el proceso de diseño y el papel de la sociedad y la naturaleza.
Un diseño no es exitoso o completo si no satisface una necesidad. En realidad un
diseño perfecto nunca se logra dentro de los límites prácticos de tiempo. El diseñador
debe encontrar una manera de satisfacer la necesidad usando la información dispo-
nible, dentro del tiempo permitido.
Sociedad
Gente
Sociedad
Método ingeneril
Naturaleza
Producto
Figura 4.1. El proceso de diseño [14].
La actividad del diseño es planear y realizar una estrategia creativa para llevar a
cabo una tarea física, mental, moral o artística o satisfacer una necesidad. El propó-
sito del diseño es:
Satisfacer una especificación funcional dada.
Conformarse a las limitaciones del objetivo.
Responder a los requerimientos implícitos o explícitos en la realización (tiem-
po, espacio, energía, costo, etc.) y estructura (estilo, simplicidad, etc.).
Satisfacer las restricciones del proceso mismo de diseño.
Las actividades de diseño incluyen la creatividad, la toma de decisiones y el
Introducción a la Ingeniería
107

10. 1. Diseño original, que comprende la elaboración de un principio original de solu-
ción para un sistema con una tarea igual, similar o nueva.
2. Diseño adaptativo, que adapta una principio de solución conocido a una tarea
cambiante.
3. Diseño variante, que varía el tamaño y la organización de ciertos aspectos del
sistema escogido, mientras que la función y la solución del sistema permanecen sin
cambiar.
En particular el diseño en ingeniería es la sinergia de las actividades de la ingeniería
y del diseño enfocadas en un producto particular. Es interesante comparar las carac-
terísticas contradictorias entre las actividades de la ingeniería y las actividades del
diseño, como se ve en la tabla 4.1, estas se mezclan de tal modo en el concepto de
diseño ingenieril que éste solo es el motor de la profesión.
Tabla 4.1 Las actividades de la ingeniería y del diseño se mezclan perfectamente en el diseño
ingenieril.
Diseño Ingeniería Diseño ingenieril
Actividad mental Actividad que de- Actividad iniciada mental-
manda tiempo mente que consume tiempo
Conceptual Físico Productos físicos desarrolla-
dos conceptualmente
Cercano al arte Cercano a la ciencia Trabajo creativo basado en
principios científicos
Intuitivo Metodológico Metodología empezada
intuitivamente
Crea problemas Resuelve problemas Las cadenas Solución –pro-
blema y Problema –solución
son irrompibles
A continuación de presentan algunas definiciones de diseño ingenieril.
Una actividad iterativa de toma de decisiones para producir planes por medio
de los cuales se convierten las fuentes, ojalá óptimamente, en sistemas o
aparatos para responder a las necesidades humanas.
El proceso que usa las herramientas de la ingeniería –matemática, gráficos,
lenguaje– y principios científicos para desarrollar un plan, que realizado
plenamente satisfará una necesidad humana.
El uso de principios científicos, información técnica e imaginación en la
definición de una estructura mecánica, máquina o sistema para llevar a cabo
funciones pre-especificadas, con la máxima economía y eficiencia.
Una actividad con propósito dirigida al objetivo de suplir las necesidades
humanas, particularmente aquellas que pueden responderse con los factores
tecnológicos de nuestra cultura.
El completo proceso intelectual desde la concepción de la idea basada en la
inspiración, el conocimiento y la experiencia hasta su final realización técnica y
comercial.
108

11. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
La solución de problemas basada en la ciencia con sensibilidad social... una
actividad de alto nivel intelectual.
La parte creativa de la ingeniería.
La actividad donde varios principios técnicos y científicos se emplean para
tomar decisiones respecto a la selección de materiales y su ubicación para
formar un sistema o aparato, que satisfaga un conjunto de requerimientos
especificados o implícitos.
El propósito esencial de la ingeniería.
Un proceso iterativo de toma de decisiones para desarrollar sistemas o apa-
ratos ingenieriles mediante el cual los recursos se convierten óptimamente
en los fines deseados.
En resumen, el diseño ingenieril es la actividad de diseño bajo las constricciones de
la ingeniería. Dentro del método ingenieril el proceso de diseño abarca las activida-
des y eventos que transcurren entre el reconocimiento de un problema y la especi-
ficación de una solución del mismo que sea funcional, económica y satisfactoria de
algún modo. El diseño es el proceso general mediante el cual el ingeniero aplica sus
conocimientos, aptitudes y puntos de vista a la creación de dispositivos, estructu-
ras y procesos. Por tanto, es la actividad primordial de la práctica de la ingeniería.
Cualquier cosa que sea lo que diseñe un ingeniero lo realizará mediante el mismo
proceso básico del diseño ingenieril cuyo foco central es el diseño, un arte que
requiere del ejercicio del ingenio, la imaginación, el conocimiento, habilidades par-
ticulares, disciplina y criterio basado en la experiencia [15].
Seguidamente señalaremos algunas metodologías para obtener alternativas de di-
seño.
Distribución de Pareto, el tiempo en ingeniería es un recurso valioso; no hay que
desperdiciarlo en problemas carentes de importancia. El empleo de la distribución
de Pareto nos puede resultar muy útil en la detección de problemas que realmente
valen la pena ponerles atención.
El trabajar en varios diseños en paralelo en lugar de uno a la vez, nos permite un
mejor aprovechamiento del tiempo y quizás una mejoría importante en la calidad de
la idea.
La inspiración, o investigación no estructurada es ciertamente una manera de
plantear alternativas de diseño. Cuando se trata de resolver un problema, la mayoría
de las veces nuestro panorama es estrecho. Es decir, frecuentemente rechazamos
posibles soluciones por sólo suposiciones, que de considerarlas cuidadosamente
resultan fácilmente solucionables.
Lo que se considera conveniente es proponer muchas soluciones posibles. Poste-
riormente se realizará un proceso de reducción para determinar las más viables. La
inspiración está directamente relacionada con la creatividad. Aunque ésta no es
única de la especie humana, es en nosotros donde se manifiesta con mayor fuerza.
Los seres humanos usamos la creatividad cada vez que requerimos resolver un
problema o enfrentarnos a situaciones nuevas
La creatividad está ligada al ingeniero aunque en muchas ocasiones el término
creatividad se asocia a los términos patente o invención. En realidad, muy pocos
son los casos en los que se espera que el ingeniero aporte regularmente nuevas
ideas, algunas de ellas incluso patentables. Sin embargo, para la mayor parte de los
Introducción a la Ingeniería
109

12. ingenieros el trabajo no es necesariamente éste, sino el resolver problemas concretos
que aparecen en distintas situaciones. Pero, incluso en estos casos, todo problema
requiere que alguien con una idea aporte una solución, por lo que el proceso de
generar la idea también es creativo.
Toda persona es creativa en cierto grado. Normalmente la creatividad se asocia a la
inteligencia, aunque se asocia también a otro término algo difuso como es la inspi-
ración. Sin embargo, se suele decir que la inspiración les llega a aquellos que traba-
jan duro y que están bien preparados. Ya lo dijo Edison: «El genio se compone de
1% de inspiración y 99% de transpiración». Además de enfatizar la importancia de la
constancia en el trabajo, se pueden distinguir una serie de pasos en el proceso
creativo:
Preparación y adquisición de conocimiento previo.
Concentración.
Incubación de la idea.
Generación de la idea (inspiración).
Verificación de su validez.
De manera ilustrativa diremos que «La creatividad es como una orquídea que será
marchitada por la crítica», esto para resaltar la necesidad de evitar la crítica destructiva
que es distinta a la evaluación [16].
Algunos sostienen que la participación inhibe el pensamiento creador. Es recomen-
dable reunir los esfuerzos individuales de las personas manteniéndolas físicamente
separadas, en vez de congregarlas. Otros recomiendan las lluvias de ideas. En la
lluvia de ideas, la regla de oro es no descartar ni evaluar ninguna de las opciones.
Todas las opciones deben ser consideradas siempre y cuando sean remotamente
posibles. Una vez determinadas todas las opciones, la evaluación se basa en las
metas, en las restricciones y en el criterio de evaluación escogido (tiempo de implan-
tación, costo, etc.).
En resumen, en la ingeniería hay una enorme necesidad de pensadores más origina-
les (y en todos los campos también).
Listas de verificación, son una forma de investigación estructurada, pues muchos
ingenieros piensan que tener un enfoque sistemático y no esperar que llegue la
inspiración, es una mejor técnica de investigación.
Esta metodología de trabajo consiste en acudir a la experiencia, el conocimiento y la
información, pues como lo dijo Kipling: “Cuento con seis servidores honestos que me
enseñan todo lo que sé sus nombres son quién, qué, cuándo, por qué, dónde y cómo.»
La lista de verificación permite examinar varias áreas o puntos y concebir posibili-
dades, por ejemplo, para mejorar un mecanismo, se puede hacer la siguiente lista:
Cómo puede usarse para otros fines.
Cómo puede modificarse.
Cómo puede reordenarse.
Cómo cambiarse de tamaño.
Cómo puede cambiarse de forma.
Cómo puede hacerse más rápido.
Cómo puede hacerse más liviano.
110

13. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
Y así sucesivamente.
Dentro de esta modalidad tenemos la llamada lista de verificación SEARCH, cuyo
significado es:
S = Simplificar las operaciones individuales
E = Eliminar el trabajo y los materiales innecesarios
A = Alterar la secuencia
R = Requerimientos
C = Combinar las operaciones, los elementos y el equipo
H = Hallar la frecuencia
Nada hay contra esta metodología, pero existe el peligro de que las soluciones
tenderán a ser poco imaginativas si se confía demasiado en el conjunto de solucio-
nes «en existencia» o rutinarias que se han acumulado en el curso de los años. El
recurrir a esta fuente es tentador, pues es un camino de mínima resistencia y propor-
ciona soluciones en las que puede tenerse una confianza razonable. En general,
cuanto más se sepa acerca de una rama especializada del conocimiento, será mayor
el número de soluciones rutinarias con que se estará familiarizado y tanto más fácil
será confiar excesivamente en la fuente de soluciones de rutina. Hay demasiadas
soluciones que son el producto de manuales o de prácticas tradicionales que no
tienen más virtud que su longevidad. Muy pocas soluciones provienen de un
pensamiento verdaderamente original. La inercia hace que se perpetúe una multitud
de soluciones deficientes en el mundo que nos rodea, dejando grandes oportunida-
des para el solucionador de problemas que confía intensamente en su propia inven-
tiva [17].
4.9 Seleccionar el diseño más promisorio
Así pues, se diseñan diversas alternativas, pues como se ha insistido, una de las
distinciones principales entre ciencia e ingeniería es que en la primera sólo existe
una solución, mientras que en la ingeniería hay varias soluciones posibles.
En la fase de selección del diseño más promisorio ya se han ampliado el número y la
variedad de las soluciones posibles, es decir, de los diseños alternativos. Lo que se
necesita ahora es un procedimiento de eliminación que reduzca estas alternativas a
la solución preferible.
Mientras que el científico tiende a buscar la fórmula única que describa un criterio
único de una situación; el ingeniero debe acomodar criterios múltiples, por lo gene-
ral sin valores de intercambio satisfactorios. Inicialmente, las soluciones elegibles
se expresan sólo en términos generales, quizá con palabras o croquis. Después que
hayan sido eliminadas las alternativas obviamente deficientes o de inferior calidad,
con frecuencia por procedimientos de evaluación relativamente rápidos y burdos,
se añaden más detalles a las posibilidades restantes, las que se evaluarán mediante
métodos más refinados. Este proceso de depuración en varias etapas continuará
hasta que surja la solución preferible. A medida que se avanza se evalúan diferentes
combinaciones de soluciones parciales para determinar la óptima.
Es evidente que se requiere aplicar criterios claros, de ser posibles cuantitativos,
para evaluar las diversas propuestas de solución. Los criterios que se utilizan para
seleccionar el mejor diseño deben identificarse durante el análisis del problema.
Realmente, los criterios cambian muy poco de problema a problema; el costo de
construcción o fabricación, la seguridad personal, la confiabilidad, la facilidad de
Introducción a la Ingeniería
111

14. mantenimiento o conservación y otros semejantes se aplican casi en todos los
casos. Pero lo que sí cambia significativamente es la importancia relativa de cada
uno de estos criterios. De ahí que en la mayor parte de los problemas la tarea
primordial del ingeniero con respecto a los criterios es conocer la importancia rela-
tiva asignada a varios de ellos por los funcionarios, clientes, ciudadanos y otras
personas interesadas. Esta información es importante; el siguiente ejemplo ilustrará
por qué. Supóngase que la seguridad personal ha de ser un criterio de gran peso en
el diseño de un nuevo modelo de cortadora de césped rotatoria. Sabiendo esto, el
proyectista o diseñador considerará un número mayor de diferentes materiales,
mecanismos, tipos de cortadores, métodos de descarga, etc., que los que conside-
raría de ordinario en su investigación. Un criterio especialmente importante afectará
a los tipos de soluciones que se destacan en la búsqueda de alternativas, y este
hecho debe ser conocido antes que comience tal búsqueda.
4.10 Implementar un modelo matemático o físico
Una vez que se ha seleccionado el diseño más promisorio y de acuerdo con la
magnitud del problema, se debe establecer un modelo matemático, virtual o físico
que permita evaluar la solución antes de entrar a fabricarla.
La modelación matemática es un método para entender sistemas y procesos, para
ello, conocidas las características de la solución promisoria, se crea un modelo
matemático, es decir, un conjunto de ecuaciones que describe las características
más importantes. En la actualidad estos algoritmos se manipulan, obviamente, en
los computadores.
Sin embargo, lo anterior no debe confundirse con otros métodos como el “diseño
asistido por computador” (Computer Aided Design, CAD) el cual podría definirse
como un método de modelamiento de sistemas físicos en los computadores, que
permite un análisis tanto iterativo como automático de las variantes del diseño, y la
expresión de éste en una forma adecuada para su implementación real [18].
Esta definición incluye todos los tipos de trabajo que actualmente se conocen como
CAD, en todas las varias áreas de aplicación; también implica que la simulación es
una parte del CAD mucho más importante que la descripción del diseño. Esto es
verdadero y la parte gráfica que proporcionan los computadores nada tiene que ver
con el CAD, excepto como auxiliar del diseño, la simulación o la presentación.
Los computadores son cada vez más importantes en la ingeniería a medida que
pasamos del CAD bidimensional al CAD tridimensional y finalmente a la Realidad
Virtual (RV), la cual se usa en los PCs, en las estaciones de trabajo, en las “paredes
de trabajo” y CAVEs (Computer Automatic Virtual Environments). Por ejemplo, la
General Motors usa demostraciones completas en un CAVE, donde los ingenieros
descubren problemas potenciales antes de tener prototipos físicos. Los diseños
propuestos los podremos enviar a todo el mundo para revisión y modificación en
diferentes sitios antes de que empiece la producción.
La RV es una vivencia tridimensional generada por el computador en la cual el
usuario puede navegar, con la cual puede interactuar y sumergirse en otro ambiente
en tiempo real. La RV existe paralela a lo cotidiano y exhibe las siguientes caracterís-
ticas: es generada por los computadores y los sistemas informáticos; implica la
creación de un mundo artificial; los usuarios tienen la impresión de estar en ese
mundo artificial; además, es posible moverse y actuar en esos mundos virtuales, ya
112

15. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
sea directa o indirectamente. En resumen, la RV es un nuevo tipo de método cien-
tífico, útil para observar, probar, experimentar y enseñar [19, 20].
En el caso de la ingeniería el proceso creativo depende de imágenes mentales, con la
RV éstas pueden compartirse, lo que permite a los ingenieros elevar sus capacidades
creativas, posibilitando llevar hasta límites no imaginados la simulación, clave del
diseño en ingeniería; sin ella no hubiera sido posible el viaje a la luna, los transbor-
dadores espaciales o el aeropuerto de Hong Kong. La NASA tiene un túnel de
viento virtual que permite flujos de campo irregulares, generados numéricamente,
que ha probado ser más versátil que un túnel con modelos físicos.
En ingeniería la RV es una forma de enseñar y aprender para las mentalidades del
siglo XXI, se pueden simular todo tipo de situaciones, desde la estructura de un
material, el comportamiento mecánico de un elemento, la cinética de un reactor, la
respuesta de un circuito, hasta sistemas complejas donde se manejan materiales y
energías. A pesar de los costos iniciales, los laboratorios virtuales son más versátiles
y económicos a largo plazo, por ello el papel de la RV será cada vez mayor, con la
posibilidad de compartir experiencias a distancia [21].
Sin embargo, como afirman muchos viejos ingenieros, la simulación no es suficien-
te pues la realidad es dura, por eso en el trabajo de ingeniería muchas veces hay
necesidad de hacer modelos físicos o prototipos que permitan probar las bondades
y detectar los errores del diseño. Los ensayos pueden ser en el laboratorio o en el
campo, de acuerdo con la complejidad del modelo.
4.11 Determinar la relación entre las dimensiones
y los materiales del producto
Esto significa comprobar que los “materiales”, entendidos en sentido amplio como
insumos, en sus características y posibilidades sí responderán plenamente a la
magnitud del diseño.
Esto es muy importante en nuestros países, donde la disponibilidad de medios y
materiales es tan restringida. Muchas veces no basta con saber qué materiales,
componentes o sistemas son los adecuados de acuerdo con un buen diseño, hay
que comprobar que sí estén disponibles en las cantidades, formas, dimensiones y
acabados que se requieren.
Muy frecuentemente se confía en que, en el mercado globalizado, se puede conse-
guir todo, pero no es así, las cantidades que despachan a veces son una limitante.
También lo es la fabricabilidad en el caso de materiales específicos, es posible que
estos puedan obtenerse, pero en el medio no existen los equipos o experticia para
adecuarlos al diseño especificado.
Entran en estas consideraciones temas como la tecnología apropiada, la recursividad
del ingeniero y su capacidad para plantear soluciones autóctonas. Esto no sola-
mente en los aspectos meramente físicos, lo mismo puede decirse de la legislación,
de las organizaciones y en fin de la idiosincrasia que nos es propia y que en ningún
momento puede perderse de vista cuando se quiere instaurar una solución realmen-
te efectiva y acorde con el espacio y el tiempo en que se desempeñará [22].
Así pues la concordancia entre las dimensiones y los materiales no es simplemente
un asunto de metrología en la obtención de un producto específico.
Introducción a la Ingeniería
113

16. 4.12 Optimizar el diseño
Las simulaciones con el modelo del diseño más promisorio y las comprobaciones de
la concordancia entre las dimensiones y los materiales permiten optimizar el diseño
seleccionado. Lo anterior se debe a que tales actividades permiten detectar cuándo
se producen equivocaciones, fallas, accidentes, reparaciones y cambios si las deci-
siones se han basado en predicciones que no son precisas o son erróneas, o a que
se necesitan altos factores de seguridad para prevenir tales condiciones adversas.
Siempre hay un grado óptimo para el refinamiento de un modelo. A largo plazo los
errores originados por las predicciones hechas con el modelo tendrán un costo
apreciable.
Es usual aplicar el concepto de optimización a las soluciones de problemas de
ingeniería. El concepto también es aplicable a los métodos que emplea el ingeniero
para alcanzar tales soluciones, por ejemplo, los sistemas de medición, los métodos
de cálculo, los modelos, y el número y clases de técnicos que utiliza.
Lo anterior puede hacerse con herramientas matemáticas como las desarrolladas en
la ingeniería de la optimización, que consiste en la maximización o minimización de
funciones de variables reales con o sin constricciones. Para lograr estos se utilizan
herramientas tradicionales como los métodos gráficos, programación lineal, progra-
mación integral, programación dinámica, métodos de búsqueda y construcción de
modelos. Actualmente se usan métodos más complejos como los algoritmos
genéticos o la inteligencia artificial, pues la ingeniería de la optimización se ha
convertido en un fértil campo de trabajo e investigación [23, 24, 25, 26].
Aun sin recurrir a herramientas tan sofisticadas como las señaladas, los diseños se
pueden optimizar teniendo presente que éstos deben ser tan simples como se pue-
da. A menudo una solución de ingeniería, que es especialmente simple en compara-
ción con lo que realiza, se describe como elegante. Puesto que la complejidad es lo
contrario de la sencillez, la elegancia es una regla de oro en el método ingenieril.
Muchas veces la complejidad de una solución puede estimarse satisfactoriamente
contando sus piezas o elementos (resistores, transistores, engranes, levas, etc.),
pero la razón anterior que expresa la elegancia es difícil de cuantificar.
Otra actividad que se realiza en este contexto es el análisis de valor, que se aplica a
los procedimientos lo mismo que a los productos, y su meta es reducir el costo
excesivo en el diseño. El concepto básico es que muchos de los diseños propuestos
se pueden mejorar notablemente, ya que el diseño original puede presentar costos
excesivo, aunque no existe ninguna limitante para aplicar la técnica de análisis de
valor desde la primera vez. Una manera de hacer este análisis es definir y evaluar la
función. Hay que hacer una distinción entre valor y función, por ejemplo: dos clips
uno para papel y el otro para corbata; los valores son muy diferentes aunque la
función es la misma. El valor funcional es el mismo, pero el valor personal (prestigio,
estimación) es diferente.
Al definir las funciones se deben expresar con un nombre y un verbo y dividir las de
cada componente en primarias y secundarias. Esta cuidadosa definición de las
funciones permitirá tener en cuenta las consideraciones ergonómicas y ambientales
necesarias. Así con todas estas metodologías se puede optimizar el diseño en todos
los sentidos y se estará en condiciones de avanzar al siguiente paso del método
ingenieril.
114

17. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
4.13 Evaluar el diseño optimizado
Establecido el diseño (o solución) y sus posibilidades y realizada su optimización,
es necesario evaluarlo de nuevo mediante análisis minuciosos del modelo matemá-
tico o por ensayo de los modelos físicos. Para llevar a cabo esto se pueden utilizar
las técnicas indicadas en la sección 4.10 o llevar a cabo ensayos.
En el primer caso debe resolverse el modelo para las condiciones optimizadas y
comparar estos resultados con los deseados.
Los ensayos deben llevarse de acuerdo con las normas que regulan el material, el
aparato, el procedimiento o el sistema de que se trate. Este es el momento de cono-
cer todas las regulaciones que gobiernan no solamente los ensayos sino también el
futuro desempeño de la solución en cuestión. Aunque en el país existen las normas
ICONTEC y hay poderosas organizaciones de normas como las ASTM o las DIN, lo
normal será buscar conformidad con las normas internacionales ISO [27].
Además de los aspectos puramente técnicos o ambientales que codifican las nor-
mas, la evaluación detallada del diseño optimizado incluirá también los de rendi-
miento, eficiencia, eficacia, relación costo / beneficio y tasa de retorno.
Si en este momento es necesario cambiar el modelo entonces se evalúa de nuevo y
se investiga qué pasa si se hace el cambio correspondiente. Si es del caso se
seleccionará otro diseño y se repetirán los pasos señalados desde la sección 4.9.
4.14 Comunicar las decisiones de diseño
al personal de producción
Esta actividad, que se refiere al desarrollo y producción de elementos físicos o no,
debe entenderse en sentido lato de que la solución adoptada debe comunicarse
claramente a quienes deben adoptarla, sea el personal de producción o cualquier
tipo de usuario. Debemos ser cuidadosos de expresar nuestras conclusiones de
manera que puedan ser comprendidas por la persona común.
La mejora que la solución logre estará relacionada con la calidad del diseño multipli-
cada por la aceptación. Si «ellos» no lo «aceptan», nada sucede. Por la misma razón
es importante que seamos capaces de aceptar modificaciones a nuestros diseños
en aras de lograr la aceptación. Luchar por «todo o nada», normalmente termina en
«nada”.
La comunicación sobre la solución usualmente requerirá la preparación de infor-
mes, planos, manuales y demás especificaciones. A veces se incluyen además
prototipos u otra clase de modelos físicos.
Hay que describir con los detalles suficientes los atributos físicos y las caracterís-
ticas de funcionamiento de la solución propuesta, de manera que las personas que
deben aprobarla, los encargados de su construcción y quienes la manejarán y
conservarán, puedan desempeñar satisfactoriamente sus funciones. El hecho de
que alguien distinto de nosotros por lo general construya, opere y cuide nuestras
obras, hace que adquiera especial importancia la presentación cuidadosa por escri- Las soluciones deben comunicarse al
equipo de producción o a los usuarios.
to y la comunicación exacta de ellas [28, 29].
Introducción a la Ingeniería
115

18. 4.15 Controlar la producción
Como se indicó en el párrafo anterior, por lo general es alguien distinto a nosotros
quien construya, opere y mantenga nuestros diseños. Por ello el control de la pro-
ducción es un ideal para un ingeniero solo, a menos que se trate de una pequeña
empresa, pero es una posibilidad real para una organización grande y es el meollo de
la filosofía de la llamada calidad total [30].
Esto es fundamental porque entre los diseños y prototipos y los productos reales
puede haber grandes diferencias, bien porque no se siguen estrictamente las espe-
cificaciones de diseño, bien porque no se cuenta con los equipos adecuados para
efectuar los procesos de fabricación y montaje, porque la habilidad y experiencia
del personal encargado de esta fase no son suficientes, porque las condiciones
reales de trabajo varían y, en casos extremos, por la combinación de varios de los
anteriores factores.
4.16 Intervenir en las ventas y el servicio
Como en el caso anterior, a menos que se trate de una empresa pequeña o unipersonal
es difícil que quienes diseñan participen en las ventas. Pero en las grandes organi-
zaciones la función de los ingenieros que realizan las ventas y los servicios deben
estar completamente coordinadas con las otras funciones.
Muchas excelentes soluciones de ingeniería fallan porque no se operan adecuada-
mente ya que quienes las entregan a los usuarios no los instruyen adecuadamente
en su manejo y mantenimiento. Cuidado en la venta y la atención postventa son
parte esencial del trabajo ingenieril bien hecho y así lo atestigua el éxito de las
empresas que lo realizan a cabalidad y el fracaso de quienes descuidan esta parte
final del proceso.
4.17 Analizar las fallas y retroalimentar el
proceso de diseño
El análisis de fallas es una disciplina especializada para la que no todos los ingenie-
ros están capacitados. Sin embargo los diseñadores, en general, deben estar en
capacidad de apreciar las causas por las que su diseño falló. Si el ingeniero o grupo
de trabajo puede realizar este análisis sería magnífico, en caso contrario habrá que
asesorarse de los especialistas. En cualquier evento la determinación del porqué de
una falla es fundamental para hacer las correcciones necesarias sea en el diseño, en
el material utilizado, en el proceso de fabricación y montaje, en la operación o en el
mantenimiento [31].
Como se ve, todas las causas de falla no son, de ninguna manera imputables al
diseño. En el caso de los elementos y sistemas materiales, además de las causas
señaladas el ambiente es fundamental y procesos como la oxidación, la corrosión, la
degradación térmica el desgaste y otras causas, que a veces son del todo previsi-
bles en el diseño, pueden ocasionar la falla.
En el caso de sistemas no materiales además de problemas de lenguaje y compren-
sión la naturaleza de las organizaciones sociales y su comportamiento lleva a veces
116

19. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
a variaciones y situaciones nuevas que cambian por completo el entorno para el
que se propuso una solución. Obviamente que, de todas maneras, el estudio de
estas fallas llevará al mejoramiento del diseño en todos los sentidos.
4.18 El equipo tecnológico: el ingeniero, el
científico y el técnico
Como se comprende de lo que implica el método ingenieril, este gran trabajo debe
ser realizado por un equipo que normalmente incluye científicos, ingenieros y téc-
nicos. Es evidente que ciertos miembros del equipo tecnológico deben ser capaces
de unificar los esfuerzos de los otros miembros en un enfrentamiento coordinado
del problema y tomar decisiones en relación con las mejores soluciones. El más
indicado para esta responsabilidad, obviamente, es el ingeniero, quien debe tener la
comprensión del conocimiento del científico y de las habilidades del técnico. A él se
le da la oportunidad de ejercer su interés y motivación para producir algo útil para
el hombre, algo que satisfaga una necesidad de la humanidad [32].
El ingeniero debe comprender los intereses del científico, una persona que es feliz
haciendo nuevos descubrimientos en cuya persecución está dispuesto a ser pa-
ciente, estudiar largas horas sobre el tema de su interés, comprobar sus ideas con
experimentos y enfrentar los resultados descorazonadores. El científico debe ser
académico, porque solamente con el estudio de los descubrimientos pasados y las
investigaciones actuales puede esperar el éxito.
El ingeniero debe estar atento a los resultados del trabajo de la ciencia, puesto que
es él quien debe buscar su aplicación ya que el científico no tiene esta actividad
como objeto. Por ejemplo, Carothers descubrió el nylon en 1937, sin embargo,
después de ello continuó estudiando los secretos de la materia. Más allá de las
aplicaciones de esta fibra estaba su determinación de develar nuevo conocimiento
sobre cómo estaban hechas las cosas naturales. Fueron los ingenieros de la Du
Pont los que encontraron los múltiples usos que el nylon llegó a tener.
De otro lado, el técnico tiene, hasta cierto punto, tanto la habilidad y destreza del
artesano como el conocimiento fundamental del ingeniero y el científico. Le gusta
estar cerca del trabajo, y es capaz de cierta cantidad de diseño original, estimación
de costos, dibujo, ensayo, y otros trabajos de oficina y laboratorio. Generalmente
traduce el lenguaje del ingeniero a un lenguaje que pueda ser entendido por artesa-
nos y obreros. También traslada las ideas de éstos a aquel y él mismo da consejos
y sugerencias. Se reúne con ingenieros y científicos para ayudar al equipo en la
solución de problemas técnicos.
Dado que la ingeniería tiene una gran componente empírica, es fundamental que el
ingeniero aprecie las contribuciones de los técnicos y aproveche su experiencia y la
de los artesanos y obreros. Un gran respeto –aunque no ciego– por el conocimien-
to empírico es indispensable para el ingeniero que quiera llegar a detentar con
merecimientos tan honroso título.
4.19 La interdisciplinariedad
El ingeniero no solamente tiene obligaciones con su equipo, con sus colegas, sus
clientes o su empleador, sino con la sociedad en relación con su progreso técnico.
En el siglo XXI habrá necesidad conocimientos tecnológicos relevantes; los inge-
nieros deberán plantearse muchos interrogantes. ¿Puede la tecnología ser contro-
Introducción a la Ingeniería
117

20. lada y puesta al servicio de las necesidades y objetivos de la humanidad, en vez de
convertirse en un fin en sí misma y de crear sus propias necesidades y exigencias?
¿Existe una manera de satisfacer las necesidades de la privacidad y espacio perso-
nal de la gente, pese a los altos niveles de comunicación y al gran número de
personas que comparten el mismo planeta, físicamente limitado? ¿Puede este plane-
ta soportar 8 millardos de personas o más, sin que su ecología se vea irreversible-
mente dañada?.
Y, lo que es más crucial aún, ¿puede la gente compartir el planeta con tolerancia y
respeto mutuo? La sociedad del futuro está destinada a ser diversa y pluralista.
Podría también ser descentralizada y democrática. Esto significa un sistema con
autonomía local y, al mismo tiempo, coordinación global, es decir, no basados en la
cultura y racionalidad occidental. Implican a las ciencias naturales y a las sociales.
Sociólogos, políticos, ecólogos, urbanistas, sicólogos, demógrafos, economistas,
químicos, médicos, ingenieros. Ningún grupo actual puede encarar ese reto. Todo
esto hace evidente que el ingeniero está obligado consigo mismo y con la sociedad
a progresar continuamente como hombre y como ingeniero y que las bases de esa
actitud se pueden y deben inculcar en la universidad. A primera vista, aquel piensa
que la revolución científica y tecnológica es un fenómeno puramente técnico y que
surge únicamente a partir de descubrimientos de las ciencias naturales, técnicas y
matemáticas. Por el contrario, es un proceso universal en su forma y en su conteni-
do, muy grande en cualquier momento dado, pero perceptible de una forma cada vez
creciente desde el punto de vista cognoscitivo. No solamente está relacionado con
la producción material sino que además se manifiesta en todos los demás sectores
sociales: no es simplemente una cuestión de ciencia y tecnología sino al mismo
tiempo una lucha, una política y una diplomacia, y tiene otros aspectos ideológicos,
morales, pedagógicos, psicológicos, biológicos y de otra índole. Este conjunto
abarca también el problema de las relaciones entre la revolución científica y tecno-
lógica y las ciencias sociales, y la correlación entre ellas.
La interdisciplinariedad es fundamental en el quehacer del ingeniero y se entiende
que las teorías integrales de la naturaleza y la sociedad construyen un conocimiento
socialmente útil, al mismo que construyen buena ciencia. Un enfoque para llevar la
interdisciplinariedad mucho más allá es la complejidad.
4.20 La complejidad
La complejidad es un nuevo enfoque para tratar los problemas que el ingeniero debe
solucionar, antes de entrar a resumirlo es necesario hacer una introducción a lo que
es la teoría del caos.
La teoría del caos se encuentra entre las ciencias más jóvenes y se supone que su
área de estudio es el desorden, aunque en realidad el caos es la esencia misma del
orden [33]. Hay dos enfoques para esto. En el primero se considera el caos como
precursor y socio del orden y no como su opuesto. Aquí se concentra la atención en
el surgimiento de espontáneo de autoorganizaciones que emergen del caos, o, en
términos físicos, en estructuras disipativas que surgen en sistemas fuera de equili-
brio, cuando la producción de entropía es alta. La comprensión de que los sistemas
ricos en entropía facilitan en vez de impedir la autoorganización fue coyuntura
decisiva para le revaluación contemporánea del caos. Figura central de esto es
Prigogine [34, 35].
118

21. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
El segundo enfoque destaca el orden oculto que existe dentro de los sistemas
caóticos. En este sentido caos difiere de aleatoridad, porque se puede demostrar
que contiene estructuras profundamente codificadas, llamadas “atractores extra-
ños”. El descubrimiento de que el caos posee dentro de sí profundas estructuras de
orden es tanto más notable debido a la amplia gama de sistemas que demuestran
este comportamiento.
Los dos anteriores enfoques difieren en que el orden a partir del caos tiene más
filosofía que resultados, mientras que el de los atractores extraños tiene más resul-
tados que filosofía. Pero en este último se destaca la capacidad de los sistemas
caóticos para generar nueva información.
Si bien, en general, la teoría del caos establece que cambios diminutos pueden
causar fluctuaciones gigantescas, uno de los conceptos más importantes de esta
teoría es que aunque resulte imposible predecir el estado futuro de un sistema, es
casi trivial modelar su conducta global. Mediante la iteración y la recursión se toma
el resultado de una ecuación y se retroalimenta una y otra vez mientras se observa
su desarrollo, esto permite descubrir conductas fascinantes. Al unirse los matemá-
ticos con estos investigadores, contando con computadores poderosos, dieron
origen a una nueva ciencia, la que a su vez cambió la manera en que ésta se hace. Se
entiende que apenas ahora se pueda explorar el caos: sin computador, de hecho, no
existiría manera de explorar el caos.
En las ecuaciones más deterministas (ecuaciones diferenciales lineales) había lugar
para que existieran fenómenos tales como la turbulencia, la irregularidad y la
imprevisibilidad, pero se suponía que esto no era más que un ruido que se producía
como un efecto secundario a la manera como el mundo está estructurado. Se
pensaba que este caos era el resultado de una complejidad que, al menos en teoría,
se podía simplificar hasta llegar a descubrir un orden subyacente. Hoy se reconoce
que ese supuesto es erróneo: el avance científico y tecnológico de los últimos años
ha permitido observar que la mayoría de los sistemas biológicos y gran parte de los
sistemas físicos son evidentemente discontinuos, no homogéneos e irregulares [36].
Lo más curioso de estos sistemas es que parecen encontrarse justo en medio del
caos y el orden por lo que, tanto su estructura como su conducta, resultan ser tan
complicadas y variables que se cruzan de una a otra frontera imprevisiblemente.
La perspectiva más ampliamente aceptada en la actualidad es que el caos y el orden
no son más que diferentes facetas de una misma realidad, pero lo que ya no resulta
tan intuitivo es que el mismo universo no sea un ámbito de orden en donde el caos
se encuentre oculto sino todo lo contrario: un sitio caótico donde hay contadas
zonas aisladas de orden que son extremadamente pequeñas y raras. Esta perspec-
tiva ha permitido demostrar que las leyes del caos pueden explicar muchos, si no es
todos, de los fenómenos que llaman la atención tanto por su regularidad como por
su irregularidad, mejor que las leyes del orden. Ello ha obligado a que los especia-
listas en muchas áreas deban adoptar un visión holística o globalizadora de lo que
es la ciencia y así, por ejemplo, los matemáticos estudian biología para desarrollar
modelos de vida, los físicos estudian neurofisiología para descubrir los mecanis-
mos de la memoria y los neurofisiólogos estudian matemáticas para crear una teoría
que explique la cognición.
Formalmente la teoría del caos se define como el estudio de los sistemas dinámicos
no lineales y complejos. Un sistema complejo es el que está compuesto por muchas
partes y, de hecho, el campo de las matemáticas que se conoce como teoría de la
Introducción a la Ingeniería
119

22. complejidad, está integrado por una gran cantidad de temas complementarios que
se traslapan entre sí; se podría decir que es un sistema con muchos grados de
libertad no equivalentes entre sí y, a diferencia del caos que es el estudio de cómo
los sistemas simples pueden generar conductas complicadas, la complejidad es el
estudio de cómo los sistemas complejos pueden generar conductas sencillas, lo
que quedaría ejemplificado por la sincronización de los sistemas biológicos desde
las luciérnagas hasta las neuronas [37].
Se hace breve introducción a la teoría del caos por la irrupción de una serie de
resultados, teorías y planteamientos que abren nuevas posibilidades y maneras de
entender la realidad –la inorgánica al igual que la orgánica–, y que afectarán sin
duda a la ingeniería del futuro.
Ha comenzado una revolución paradigmática. Una revolución orientada, evidente-
mente, hacia la complejidad. Se puede plantear el problema en tres planos: ciencias
físicas, ciencias del hombre (o del conocimiento del hombre) y el de la política. Tal
parece que la ingeniería del siglo XXI será la de los sistemas complejos pues la
emergencia es la característica de la complejidad. De acuerdo con muchos analistas
estamos a punto de salir de un universo de determinismos simples, mecanicistas,
para entrar en un mundo de complejidad en el que la incertidumbre, la estrategia, la
innovación y la cultura, aparecen fuertemente vinculadas. Pero su imbricación si-
gue siendo altamente enigmática [38].
Se han propuesto varias definiciones de complejidad, pero la mayoría de ellas inclu-
ye conceptos como entropía, aleatoriedad e información y todas tienen limitacio-
nes. El descubrimiento de que el procesamiento universal de información está en
equilibrio entre el orden y el caos en los sistemas dinámicos es importante en sus
analogías con las transiciones de fase del mundo físico. Sería muy interesante que
los sistemas complejos adaptativos estuvieran inevitablemente situados en el límite
del caos.
Se entiende que el caos es un subconjunto de la complejidad. Es un análisis del
comportamiento de sistemas dinámicos continuos o discretos que muestran carac-
terísticas recurrentes y una alta sensibilidad a las condiciones iniciales, de manera
que cambios mínimos en dichas condiciones iniciales pueden hacer que el sistema
se comporte de una manera distinta. Un cambio infinitesimal en las condiciones
iniciales conduce a diferentes caminos en la evolución del sistema, como es el caso
del famoso efecto mariposa. Estos caminos se denominan trayectorias y pueden ser
divergentes o convergentes.
Hay sistemas complejos que parecen haber evolucionado aprendiendo a equilibrar
convergencia y divergencia, de manera que se instalan entre el caos y el orden.
En este punto es adecuado indicar que un sistema conservativo es aquel que puede
describirse con una ecuación diferencial lineal y es determinístico y previsible como
el péndulo, un oscilador armónico o la propagación de luz en el vacío. De otro lado
un sistema disipativo se describe con una ecuación no lineal como es el caso de los
sistemas mecánicos donde hay rozamiento. Sin embargo, como se explicará más
adelante, el término “disipativo” tiene una connotación especial.
Así pues la complejidad se ha relacionado con la capacidad de poder pasar de un
comportamiento a otro cuando cambian las condiciones del entorno. La flexibilidad
y adaptabilidad consecuencia de dicha capacidad conducen a su vez al concepto
de elección entre diversas posibilidades que se ofrecen. Esto se lleva a cabo a
120

23. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
través de la dinámica de fluctuaciones y exige la participación de sus dos manifes-
taciones antagónicas: la aleatoriedad de corto alcance, como elemento innovador,
para que pueda explorar el espacio de estados; y el orden de gran alcance, para que
el sistema pueda mantener un régimen colectivo en áreas macroscópicas del espa-
cio y a lo largo de intervalos temporales macroscópicos.
Suposición necesaria para todos estos fenómenos es una dinámica no lineal que,
cuando hay las limitaciones adecuadas, conduce a inestabilidad del movimiento y
bifurcaciones, es decir a cambios de comportamiento. Y esto ocurre en varios cam-
pos de la ingeniería.
Vistas así las ciencias de la complejidad constituyen un terreno de reflexión
interdisciplinaria, un esfuerzo por comprender cómo ciertos patrones de comporta-
miento complejos pueden ser el fruto de los efectos colectivos de las interacciones
entre múltiples elementos individualmente simples. De esto se han desarrollado
dos consecuencias cruciales.
En primer lugar el reconocimiento de que el enfoque reduccionista tradicional de la
ciencia, donde el comportamiento global de un sistema complejo se intenta explicar
consecuencia inmediata de la forma como se relaciona con sus componentes, resul-
ta inadecuado para estudiar sistemas complejos. Esto ocurre debido a que los
comportamientos observados aparecen con una riqueza, complejidad y estructura,
mucho mayores de lo que las reglas de interacción de los componentes individua-
les sugieren a una primera mirada.
En segundo lugar, la convicción de que existen muchos sistemas complejos cuyos
comportamientos globales comparten características entre sí a pesar de las diferen-
cias que puede haber entre sus componentes individuales, es decir, que tiene sen-
tido hablar de las reglas de la complejidad.
La finalidad de estas propuestas teóricas sería intentar dilucidar dichas reglas, con
el ánimo de realizar afirmaciones de carácter explicativo y aun predictivo acerca de
muchos sistemas complejos encontrados en la naturaleza.
Hay que valorar las contribuciones igualmente fundamentales de aquellos que se
atreven a dar lo que se llama “vistazo a la totalidad”. Esto porque es común que las
personas tengan cierto estilo de pensamiento. Nietzche introdujo la distinción
entre “apolíneos”, aquellos que dan preferencia a la lógica, la aproximación analíti-
ca y el peso desapasionado de la evidencia, como somos los ingenieros, y
“dionisíacos”, aquéllos más inclinados a la intuición, la síntesis y la pasión. Estos
rasgos se suelen correlacionar de forma burda con el uso preferente de los hemisfe-
rios cerebrales izquierdo y derecho, respectivamente. Los ingenieros actuales de-
berían pertenecer a otra categoría: los “odiseicos”, que combinan las dos predilec-
ciones en su búsqueda de conexiones con ideas. Estos ingenieros ideales estarían
especialmente equipados para utilizar las herramientas de la complejidad en su
trabajo [39].
4.21 La ingeniería concurrente
Todas las consideraciones anteriores permiten comprender la importancia de la
ingeniería concurrente, que es una metodología integrada en la cual los procesos
de diseño, de fabricación y de servicio se mezclan desde el primer momento y se
desarrollan en forma paralela durante todo el ciclo de vida del producto [40]. En
sentido amplio, bajo la denominación de ingeniería concurrente se comprende el
Introducción a la Ingeniería
121

24. conjunto de herramientas, metodologías y cambios organizacionales necesarios
para realizar un desarrollo integrado de productos y servicios. La ingeniería concu-
rrente está constituida por tres elementos clave: la colaboración, la tecnología de la
información y el proceso.
En este contexto colaboración significa trabajar en equipo. Sin embargo, colabora-
ción y equipos de trabajo son cosas distintas. Los equipos de trabajo industriales
pueden operar sin colaboración deliberada entre sus miembros. Pueden ser simple-
mente una colección de individuos con una causa común. Cada persona, con el fin
de tener éxito, sigue su propia agenda y sus criterios de medida de acuerdo como los
establece su función individual. Este comportamiento no colaborativo ha llevado a
muchas fallas y no es problema trivial en las empresas.
Cuando se usa apropiadamente, la colaboración efectiva ocurre más allá del equipo
e incluye todas las funciones u organizaciones dentro de la empresa, así como los
proveedores, clientes, consultores, revendedores, distribuidores y, en algunos ca-
sos, colaboración con otras compañías para el desarrollo de un producto o una
tecnología. Tal es el caso cuando se contrata una firma de diseño industrial, su
experticia en entender el atractivo, los factores humanos y la funcionalidad en el
ambiente de los usuarios, lleva a que se logren diseños exitosos y al éxito de los
productos mejorados en el mercado.
Así pues, al establecer un ambiente de ingeniería concurrente es clave la infraes-
tructura que conduzca el cambio de comportamiento hacia la colaboración. La infra-
estructura, como los sistemas de estímulos, establecimiento de metas, reconoci-
mientos, medidas funcionales, etc. son de la mayor importancia en el soporte del
ambiente colaborativo. Los individuos y su voluntad para colaborar tanto en la
compañía como fuera de ella, son el principal factor que determina el éxito del proce-
so de la ingeniería concurrente.
La tecnología de la información en el proceso de diseño normalmente se refiere al
CAD y la CAE (computer aided engineering), pero en realidad la tecnología de la
información incluye las simulaciones, la posibilidad de compartir datos e imágenes,
las redes de computadores, las bases de datos, las conexiones a otras entidades, las
estaciones de trabajo, etc. Así pues, la tecnología de la información proporciona las
bases que posibilitan el proceso de la ingeniería concurrente.
El proceso incluye tanto el nivel más amplio del ciclo de desarrollo total, como el
nivel detallado de procesos específicos y metodologías específicas de diseño. Ade-
más, identifica los pasos detallados detrás de la naturaleza concurrente del desarro-
llo del producto y el proceso [41].
Para el buen funcionamiento del equipo de trabajo se deben desarrollar valores
como la cooperación, la confianza y el compartir e intercambiar conocimientos e
información, pues el principio básico de la ingeniería concurrente es el trabajo en
equipo multidisciplinario. Este equipo incluye personal de diferentes áreas relacio-
nadas con el desarrollo de productos y servicios: diseño, manufactura, mercadeo,
finanzas y otros, en general todas las actividades que integren el proceso de un
producto, desde su concepción intelectual hasta su desecho, figura 4.2.
En la ingeniería convergente se forman grupos de desarrollo que tienen la habilidad
de resolver problemas con mucha mayor eficacia que expertos individuales. El tra-
bajo en equipo multidisciplinario (que debería llegar a ser interdisciplinario) permite
122

25. Capítulo 4: Cómo lo hace la ingeniería. El método ingenieril
producir más innovaciones y el logro de nuevas ideas de una manera más fácil y
rápida que con otros esquemas de diseño.
Ingeniero de Ingeniero
Manufactura de Producto
Compras
Mercadotecnia
Desarrollo del Ingeniero
producto de Servicios
Producción
Otros Cliente
expertos
Proovedor
en PLC
Figura 4.2. El equipo de trabajo en la ingeniería concurrente [42].
En resumen, la ingeniería concurrente es una metodología sistemática para el desa-
rrollo integrado de productos, que hace énfasis en dar respuesta a las expectativas
de los usuarios y se fundamenta en los valores de trabajo en equipo de coopera-
ción, confianza mutua y participación, de tal manera que el proceso de toma de
decisiones procede con grandes intervalos de trabajo en paralelo por parte de
todas las perspectivas consideradas en el ciclo de vida, sincronizado por medio de
breves intercambios con el fin de alcanzar el consenso [43].
Lo anterior implica que la implantación de la ingeniería concurrente implica dos
elementos básicos: una transformación de la empresa, un cambio de su cultura
interior, una disposición de la empresa misma a aceptar los principios y prácticas
enmarcados bajo este concepto y el desarrollo de una infraestructura de comunica-
ciones que pueda servir de soporte a los procesos de colaboración y coordinación.
4.22 Conclusión
Se ha esbozado muy sucintamente la manera como trabaja la ingeniería, cómo es el
método ingenieril y cómo el diseño es la actividad central de la ingeniería. A pesar
de las diversas ramas especializadas que tiene esta profesión, sin duda su método,
común a todas, es lo que las identifica y hace que la ingeniería sea una sola, a pesar
de sus múltiples manifestaciones.
Introducción a la Ingeniería
123

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